Генератор гармонических сигналов

Генератор гармонических сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в прецизион ных калибраторах переменною напряже ния. Цель изобретения - повышение точности стабилизации амплитуды выход ных сигналов. Генератор содержит задаю щий генератор 1,реверсивные счетчики(PC) 2 и 16, блок постоянного запоминания (БПЗ) 3. цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 4,17-19, усилитель 5 мощности, коммутаторы 6 и 8, преобразователь напряжения (ПН) 7, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9, регистры 10 и 12 памяти, вычитатель 11 кодов, цифровой компаратор 13, регистры 14 и 15 последовательного приближения, суммагор 20, источник 21 опорного напряжения и б/ю( 22 синхронизации Во время работы происходит предварительная калиброака сперва калибруется ЦАП 4. далее капибруетгя ПН 7 I осле этого генератор переходит в режим стабилизации амплитуды а затем в режим отслеживания амплитуды Г оставленная цель достигается путем исключения влияния коэффициентапереда и ПН 7 3 ил (Л С L о ю о со 3

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51ys Н 03 (5/00

ГОСУДАР СТ ВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4669496/09 (22) 27.03.89 (46) 07,02.91. Бюл. ЬЬ 5 (72) Р,Л. Григорьян, В. Ф, Егоров и С. В. Федорченко (53) 621.373.42 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N744904,,кл. Н 03 (5/00, 21,04.78.

Авторское свидетельство СССР

М 1543534, кл. Н 03 8 27/00, 02.11,87 (54) ГЕНЕРАТОР ГАРМОНИЧЕСКИХ СИ(НАЛОВ (57) Изобретение относится к радиотехник и может быть использовано в прецизионных калибраторах переменно о напряже ния. Цель изобретения — пo0blшpíèi точности стабилизации амплитуды выход ных сигналов, Генератор содержит эадаю„„Я2„„1626379 А1 щий генератор 1, реверсивные счетчики (РС)

2 и 16, блок постоянного запоминания (БПЗ)

3, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП)

4,17-19, усилитель 5 мощности, коммутаторы б и 8, преобразователь напряжения (ПН)

7, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9, регистры 10 и 12 памяти, вычитатель

11 кодов, цифровой компаратор 13, регистры

14 и 15 последовательного приближения, сумматор 20, источник 21 опорного напряжения и блок 22 синхронизации, Во время работы происходит предварительная калибровка: сперва калибруется ЦАП 4. далее калибруется ПН 7. Ilocne этого генератор переходит в режим сгабилиэации амплитуды. а затем в режим отслеживания амплитуды. Поcтавленная цель достигается путем исключг гия влияния коэффициента переда и ПН 7. 3 ил.

1626379

Изобретение относится к рьдиотехнике и может быть использовано в прецизионных калибраторах переменного напряжения.

Цель изобретения — повышение точности стабилизации амплитуды выходных сигналов.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема генератора гармонических сигналов; на фиг. 2 — структурная электрическая схема блока синхронизации; на фиг, 3— временные диаграммы, поясняющие р; боту генератора гармонических сигналов.

Генератор гармонических сигналов (фиг.1) содержит задающий генератор 1, первый реверсивный счетчик (РС) 2, блок 3 постоянного запоминания (БПЗ), первый цифроаналоговый преобразоваэель(ЦАП) 4 усилитель 5 мощности, первый ко л лутатор

6, преобразователь 7 напряжения, второй коммутатор 8, аналого-цифровой преобра зователь(АЦП) 9, первый регисгр 10 памяти, вычитатель 11 кодов, второй регистр 12 памяти, цифровой компаратор 13, первый 14 и второй 15 регистры последовательного приближения (РПП), второй реверсивный счетчик(РС) 16, второй 17, третий 18 и четвертый

19 цифроаналоговые преобразовлтел,l (ЦАП), сумматор 20, источник 21 опорногс напряжения (ИОН) и блок 22 синхрониз",— ции.

Блок 22 синхронизации (фи..2) содержит первый элемент ИЛИ 23, первый, вто рой, третий, четвертый и пятый D-триггерь:

24 — 28, первый инвертор 29, шестой D-триггер 30, первый, второй v. третий эле лент.,:

ИЛИ вЂ” НЕ 31 — 33, второй элемент ИЛИ 4, второй элемент И 35, второй инвертор 36, третий элемент И 37, третий инвертор 38, первый 39 и второй 40 мультиплексоры, седьмой D-триггер 41, четвертый — седьмой элементы И 42 — 45, одновибратор 46 и первый элемент И 47.

Генератор гармонических сигналов работает следующим образом.

Первый из четырех этапов, этап калибровки первого ЦАП 4, начинается с того, что блок 22 синхронизации вырабатывает сигнал установки исходного состояния (фиг.3а), который устанавливает первый 14 и торой

15 РПП, второй РС 16 и АЦП 9 в исходное состояние (напряжение на выходах второго

17, третьего 18 и четвертого 19 ЦАП равны

О), Второй коммутатор 8 переключает наПряжЕНИЕ U

9, В первом такте работы АЦП 9 преобразует это напряжение в цифровой код К,я, который запоминается в первом регистре 10 (рис.Зж), Во втором гакте второй коммутатор 8 (фиг,Зв,г) переключается так, чтобы на

10 входе АЦП 9 было напряжение общей шины

U>o. Это напряжение преобразуется в цифровой код Ь4е и подается на вычитатль 11.

Таким образом, по окончании второго такта работы АЦП 9 (фиг, Зб) во второй регистр 12 записывается цифровой код разности Nр> (фиг. Зз), которыи описывается выражением

Ир1=йоп Йоб=(0оп Uo6) КАцп (1) где КАцп — коэффициент преобразования

АЦП 9.

Затем наступает первый цикл калибровки первого ЦАП 4. Для этого второй коммутатор 8 переключается так, чтобы на в oj;

АЦП 9 поступал сигнал прямо с выхода пер15 вого ЦАП 4. Рассмотрим подробнее работу

Гэло,а 22 синхронизации при управлении иторьцл коммутатором 8. Первый и второй мулыиплексоры 39 и 40 (фиг,3e,г) управляются выходным сигналом второго эл.мента

20 И 35, а их выхсдные сигналы являются первыо л выходом управления блока 22 синхронизации и поступв эт на управляющий вход второго коммутатора 8, При коде "00" второй коммутатор 8 подключает к своему вы25 ходу ИОН 21; при коде "10" — улевую шину; при коде "01" — выход первого ЦАП 4; при коде "11" — выход усилителя 5 мощэости, Аналогично устанавлива;ся управление первы л ко 1лIóòа T0pом 6, при этом е:ли

;;0 llJ втором выходе управления блока 22 синхронизации, являк-.щемся выходом седьмого Е-три гера 41, будет "0", на вход ПН 7 поступает сигнал с выхода первого ЦАП 4, а если "1" — с выхода усилителя 5 мощности.

В первом такте первого цикла калибровки пер эого ЦАП 4 БПЗ 3 по сигналу с третьего выхода управления блока 22 синхронизации фиксирует на своих выходах цифровой коц

Смдкс, соответствующий максимальному

40 значению ординат гармонической функции

С® хранящихся в БПЗ 3. Для этого на выхсвх четвертого элемента И 42 (рис.Зд) и третьего инвертора 38 (рис,3е) устанавливается код "00". При этом на выходе первого

45 ЦАП 4 появляется напряжение, которое преобразуется в код г м,кс и запоминается в первом регистре 10, Во втором.;акте ЕПЗ 3 пэ сигналу из блока 22 синхронизации "10" устанавливает на выходе код Сми>, соответ50 ствующий минимальному значению функции C(t). Напряжение, сформулированное первым ЦАП 4, преобразуется в код Имия и вычитается в вычитатела 11 из кода N>, соответствующий выражению

Йр2)=Ммакс; Мминг(Смакс Смин) <ЦАп Кципл (2) где КцАпл — коэФфиц.;ент преобразования первого ЦАП 4.

1626379

1, Np1 + Np21 .

О, Np1 + Np21 (3) ЦифРовой коД Np1 из втоРого РегистРа

12 поступает также на вход цифрового компаратора 13, на выходе которого формируются сигналы е1 и ЕО1 . опиСываемые выражениями

1, Np1 = Np21, (4)

О,Np1 Ф Np21.

Значение е1 записывается в первый

РПП 14, и он выдает на вход второго ЦАП 17 код, который преобразуется в значение калибровочного напряжения 0к1, соответствующее выражение

Uk1 (Е1 Е1 ) Кцап2, (5)

2 где е1 величина, обратная Е1 в первом цикле калибровки;

Кцап2 — коэффициент пРеобРазованиЯ второго ЦАП 17.

Это напряжение поступает на сумматор

20, на выходе которого формируется напряжение Up11, равное

Uon

0р11=0оп+0к1 =,топ + (1 г1 ) КЦАЦ2 .

2 (б)

После этого наступает второй цикл калибровки первого ЦАП 4, который полностью повторяет первый и Формирует

НаПРЯжЕНИЯ 0х2 И Up12. СООт ВЕтСт ВУЮЩИЕ выражениям

Uk2 =(— (E1 — f:1) + (т2 f.z )) х

2 4 Кцап2 (7)

Up12 = Uîï +Uk2 =Uon +

+(2 Е1 F1 + 4 (fg fg)) Кцапз. (8)

Далее проводится столько циклон калибровки, чтобы заполнились все разряды первого РПП 14 (фиг. Зи,к). В итоге сформируются напряжения U. и Up1, имеющие вид

П

Ei F.

Uk L4n Кцап2, (9)

I=1 2

Д Fi — E(Up1=Uon+U<=L4n ("+ Кцап2 Д ), 2 (10) где j — порядковый номер цикла калибровки первого ЦАП 4:

n — число циклов калибровки и разрядность первого РПП 14.

Таким образом, по окончании этапа калибровки персого ЦАП 4 íà его вход опорного напряжения будет поступать такое напряжение, чтобы выполнялось равенство

ЗНаЧЕНИй КОДОВ Np1 И Np2n С ТОЧНОСТЬЮ ПО ловины их младшего разряда. Поскольку

55 при достаточно большом значении и этой погрешностью можно пренебречь, то для этапа калибровки можно записать

Np1 Np2n (11) (Uon Ооб) Кацл (Смакс — Смин) Кцап1 Кацп (12)

Из выражения (12) видно, что разность между максимальным и минимальным значениями гармонического сигнала, формируемого откалиброванным первым ЦАП 4, равна значению постоянного опорного напряжения ИОН 21.

На втором этапе работы генератора гармонических сигналов производится калибровка преобразователя 7 напряжения. Для этого в первом тахте первый и второй коммутаторы 6 и 8 переключаются таким образом, чтобы сигнал с выхода первого ЦАП 4

U«(t) поступал на вход преобразователя 7 напряжения, а с его выхода напряжение

0от(1) Кпн, где К „— коэффициент преобразования преобразователя 7 напряжения, подавалось на вход АЦП 9, По окончании первого такта в первый регистр 10 запишется цифровой код No,, соответствующий выражению

Nor = Uor(l) Кпп = КАцП. (13)

Во втором такте нэ вход АЦП 9 через второй KoMMóònãîð 8 подается напряжение общей llJI" íû Vor>. В nrnre формируется код

К„В, ПЫЧИСЛПЕтоя рЭЗНОСтЬ NI>3=fuor Noá И записывается Во второй регистр 12 Таким образом, по окончании второго этап т во втоpohl регистре 12 сформирован и хранится опорный цифровой код NI;, относительно которого осущестпляется вся дальнейшая стабилизация амплитуды выходного напряжени>т генератора гармонических сигналов.

Значение Np,.i описывается выражением

Nr>3 No- Noh Vor(l) Кпп — Uo6 Кэцп. (14)

Нэ третьем этапе — этапе стабилизации эмплитудь выходного напряжения первый коммутатор 6 переводится в положение, при котором на вход преобразователя 7 напряжения подается сигнал Ugr(t) с выхода усилителя 5 мощности. Второй коммутатор 8 в каждом цикле стабилизации подает на вход

АЦП 9 сначала напРЯжение Uf,r(i) Кпн с выхода преобразователя 7 напряжен я, а затем напряжение Uot, общей шины, Количество циклов стабилизации и алгоритм формирования стабилизирующего напряжения Uor с т1омощьк второго РПП 15 и третьего ЦАП 18ан;тлогичны формированию калибровочного напряжения 0„(рис. Зм,н), Поэтому по аналогии с (9) можно записать с — г

Ucr = 0оп Qana,> — — —, (15)

j=1 2

1626379 где Кцлз — коэффициент преобразования третьего ЦАП 18;

J — порядковый номер цикла стабилизации, Регулирующее напряжение на выходе сумматора 20, на влод с которого поступает стабилизирующее напряжение U-т, будет теперь иметь вид

Up2 = Uon + Uk + Ucr = Uor (1+K««an2 ><

П П р

Х, — — + KI«an3 -:т — ) (16)

I— = 1 2 =1 21

По окончании режима стабилизации по аналогии с (11) и (12) можно записать

Np3 =- Np4n, (1.) (1Ло>(т) Клн Ооо )= Kann = (Uerbs) Кон Uuh «тКэ>«п (18) или Uor(t) =- Uer(t), (19j

Наконец четвертый этап — этап отслеживания — является продолжением этап.-. стабилизации.

Разница заключается лишь в том, что напряжение отслеживания Uor формируегся вторым РС б и четвертым LIAH 19 с постоянным дискретом Л1,т, определяемым разрядностью и коэффициентом преобразования четвертого ЦАП 19 Кц,1 (фиг.3a). По аналогии с (9) и (15) для отслеживающего напряжения можно записать

ГП

Uoò = — „ Kt«aI4 (rk — /< ). (20;>

Uot

r Д е К и о р Я Д к о В bl Й н о м е р ц 11 k n, > отслеживания;

m — число циклов отслеживания, Число m может быть сколь угодно большим и выбирается из условия обеспечени> долговреме>«ной стэбильногти вь«ход««си л плитуды генератора в задан,>k х пределах, Очевидно, что э««лчение дискраг..

Л14 не должно превышать знэ ение приращения стабилизирующего напряжения

Ucr в и-м цикле стабилизации.

Таким образом, из вырэже««ия (19) видно, что в установившемся режиме(М1з=Np., ) амплитуда выходного сигнала генерлторл пропорциональна только ампг>итуда опорного сигнала Uor,t) и не загисит от коэффициента K„«. Это и обеспечивае достижение поставленной цели.

Для повышения быстродействия генератора на э-агах калибровки первого (ЛП 4 и стабилизации исгользуется выход ра«. е««ства кодов цифрового компарлтора 13. В случае равенства кодов Np1=Np2«или йгз=йрт во вРемЯ любых i-ro или j-го циклов этих этапов на выходе равенства кодов формируется управляющий сиг>«ал (фиг.Зп), по которому в первом РПП 14 или втором РПП

15 соответственно фиксируется текущее значение выходного цифрового кодл и чкл>о5

1!

2о .;«>

>5

55 чается следующий этап работы генератора (фиг. Зи, м).

Формула изобретения

Генератор гармонических сигналов, содержащий последовательно соединенные задающий генератор первый реверсивный счетчик, блок постоянного запоминания и гервый цифроаналоговый преобразователь, э также второй, третий и четвертый цифроаналоговые преобразователи, сумма-ор и источник опорного напряжения, выход которо о соединен с входол> опорного напряжения второго цифроаналоговогo Ikk)еобрлзовэтеля, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точностi". iгабилизлции лмпл1«туды выходных сигналов, введены последовательно соединенные усилитель мощности, вход voTopot о соеди> ен о выходом первого цифроаналогового преобразователя, первый коммутатор, преобразователь 1«эпряже««ия, второй KOм«лутагор, аналого-цифровой преобрлзователь, первый регистр памяти, вычитлтель кодов, второй регистр памяти и цифровой компаратор, а также первый и второй регистры по,".лгдовлтельного приближения, второи реверс 1«tktb«A счетчик и блок cèíkðoíèçàции, пр,i этом выход цифрово» ко ««тарлпрэ сoздинен .; #He«topìe«1ионttûìè входами первого и второ о осгистров последовэтетьного приближе> ия lt входом управления нли;.л; « .,«и=,м счета ьг«,f,olo ревег«сивного счетчика, входы Blopofo, третье«о и четвер-ого цифроаналоговь«х преобразователе 1 .оединены с вь«ходами соптветстве> ««о rlepnо1о л второго регистров по.,едпвг««алчно го 1«рибл«тжения и второго »= перс тв- «о« . счетчика, выходы второго, третье-о и -«ет вертого цифроаналоговых г«реобразо 1,;.:лсй соеди«1ень«соответственно с;>е-,;«>м вторым и третьим входами сумматора, четВ; P 1k:. и ВХОД КОТОРОГО СОЕДИНаН С ахОДаМИ опорного 5 лпряж ния третьего и чатьертого цифроанллогогых преобрлзовлтелеи;. первым сигнальным вхпдот l ВтОрагС кО>,>;утатОрл, управляющий вход которого согди»ен с г ервым выходом управ>«ения 1ока синлронизации, выход сумматора -.,о.динен с в> од о м опорного н л и р я хк а н и я и ь г> в о г о цлфроаналогового преобра овагеля, выход которого соединен с друг м входом и зрвого коммутл«орл и вторим сигнлг,,ным входом второго коммутатора, третий сигнальный

;>ход которо о соадине« с oб«цеи шиной гнератора гармонически> сиг>«алов, выход сиг>«лла окончания цикла преобразования аналого — цифрового и реоб оазовэтел ., ВЫхОд раВЕНСтлл КП.«О>«цИс,. рОВОГО КОМг>арэтора и выходы лполнен«я первпго и в> «рого рег «ст «оов последоватсль10

1626379

А@ЛЯ

z-г

ro

Q ного приближения соединены с соответствующими входами блока синхронизации, другой вход цифрового компаратора соединен с выходом вычитателя кодов, другой вход которого соединен с выходом аналогоцифрового преобразователя, первый и второй выходы сигнала записи блока синхронизации соединены с входами записи соответственно первого и второго регистров памяти, второй и третий выходы управления блока синхронизации соединены соответственно с входом управления первого коммутатора и управляющим входом блока постоянного запоминания, тактовые входы первого и второго регистров последовательного приближения и второго реверсивного счетчика соединены с соот5 ветствующими выходами блока синхронизации, выход сигнала установки исходного состояния блока синхронизации соединен с входами предварительной записи первого и второго регистров последовательного при10 ближения, второго реверсивного счетчика и аналого-цифровогопреобразователя, выход усилителя мощности является выходом генератора гармонических сигналов.

1626379

1д Ф,э .Въ 1э Ф Ч 3 4Э Чъ ЧЪ Ы фЭ фз фз М

Редактор В.Данко

Корректор А,Осауленко

Заказ 285 Тираж. 444 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 са о оо

hebe we aa cL

К ц оа ь аъ cv <м Ъ=. э

Составитель А.Мышакин

Техред М,Моргентал (М е О ъ О .э

"с